Foto de Scott Thompson.
Reno, Nev. – Durante siglos, la naturaleza ha sido la principal fuente de proteína de la humanidad. Pero hoy, junto con campos, granjas y mares, los talleres se unen a la lista, una innovación que probablemente eliminará el futuro de los alimentos.
Al combinar la fermentación tradicional y la biotecnología moderna, los científicos están utilizando levaduras genéticamente modificadas que actúa como pequeñas fábricas para producir proteínas de laboratorio similares a las que se encuentran en la leche. Un número creciente de nuevas empresas de alimentos ahora usa estas proteínas en productos como helado sin hamburguesas de base de leche y vegetales, a menudo promovidas como «idénticas» o «sustituye una por una» por proteínas lácteas.
Sin embargo, un estudio reciente realizado por investigadores de la Universidad de Nevada, Reno plantear preguntas sobre cuán similares son realmente. Dirigido por Matthew Bolino, Doctorado en Bioquímica y Steven Fresse, profesor asistente en el Departamento de Nutrición en la Facultad de Agricultura de la Universidad, Biotecnología y Recursos Naturales.La investigación ha encontrado diferencias clave entre la proteína sérica de la leche y el tipo que proviene de las vacas.
El estudio ha demostrado que, si bien ambas versiones comparten un componente de proteína central, el sintético tenía menos tipos de proteínas y diferentes estructuras de azúcar, conocidas como Gros N, lo que puede influir en la forma en que las proteínas interactúan con las bacterias intestinales.
«Funalmente, se comportan como un suero de leche y tienen el sabor del suero de la leche», dijo Fresse, que también lidera la investigación como parte de la estación experimental universitaria. “Pero a nivel molecular, están decorados de una manera diferente y esas decoraciones, llamadas cambios posteriores a la transducción, parecen influir en la forma en que responden nuestros microbios intestinales.
El análisis descubrió que ambas proteínas estaban compuestas principalmente de β-lactoglobulina, la proteína principal en el suero de la leche de vaca. Pero la versión derivada de la vaca también incluía una variedad más amplia de proteínas, como α-lactalbumina, albúmina y caseína. Por el contrario, el suero de la leche derivado de la levadura era casi 98% β-lactoglobulina, con muy poca diversidad. Si se prueba en un laboratorio de «minijuegos», el suero de la leche de vaca ha apoyado una mezcla más diversificada de bacterias intestinales, mientras que la versión derivada de la levadura ha llevado a una menor diversidad microbiana.
«La menor diversidad no es necesariamente mala», dijo Fresse. «Pero lo que importa es que ahora sabemos que estas proteínas no son idénticas a cómo interactúan con nuestra biología. Esta es una conversación que debe tener la industria alimentaria y nutricional».
Los resultados fueron publicados 26 de junio en Microbiology Spectrum, una revista de la Sociedad Americana de Microbiología. El equipo de investigación incluyó a científicos de la Universidad de Nevada, Reno, así como en la Universidad de Çanakkale Onsekiz Mart, la Universidad de Hacettepe y la Universidad de Karabük, todos con sede en Türkiye.
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El Bolino, quien fue el principal autor en el estudio, realizó experimentos de laboratorio al comparar la forma en que las dos proteínas influyen en los microbios intestinales, el trabajo que se basa en su búsqueda doctoral sobre cómo las diferencias moleculares delgadas en los alimentos influyen en el microbioma intestinal.
«Estoy increíblemente agradecido de haber contribuido a un estudio de esta escalera, trabajando junto con un equipo tan multidisciplinario e internacional de científicos», dijo Bolino. «La experiencia no solo profundizó mis habilidades científicas, sino que también me enseñó el valor de diferentes perspectivas».
Metodología: Explore las interacciones proteína-microbioma
Para comprender cómo las diferencias estructurales en la proteína sérica podrían influir en el cuerpo, los investigadores realizaron un estudio en tres partes: analizar la composición de la proteína, examinar las estructuras de azúcar unidas a las proteínas y probar las respuestas al microbioma.
El equipo analizó muestras purificadas de proteína de leche de vaca compradas en la tienda y suero de leche sintética disponible en el mercado del Centro de Protección Universitaria. Rompieron las proteínas en piezas más pequeñas y usaron espectrometría de masas para identificarlas. Esto confirmó que si bien ambas muestras eran en su mayoría β-lactoglobulina, el suero de la leche derivado de la vaca contenía una mezcla más diversificada de proteína.
Posteriormente, el equipo colaboró con los expertos en química glucicana en Türkiye para estudiar las moléculas de azúcar unidas a las proteínas. Utilizando la espectrometría de masas avanzada, una técnica que identifica los cambios químicos delgados en las proteínas mediante el análisis de su peso y estructura molecular, examinó los cambios postransductores de la proteína y descubrió que las proteínas derivadas de la levadura tenían glicanos menos y estructuralmente diferentes, lo que podría influir en la forma en que el cuerpo las elabora.
Finalmente, para probar cómo estas proteínas influyen en los microbios intestinales, los investigadores utilizaron un modelo de fermentación fecal desarrollado en la universidad. El sistema basado en el laboratorio simula las condiciones intestinales humanas al introducir proteínas en muestras fecales de cultivo que representan diferentes microbiomas intestinales. En todas las muestras, el suero de la leche de vaca respaldó una mezcla más diversificada y beneficiosa de bacterias intestinales, mientras que la versión derivada de la levadura condujo a una menor diversidad microbiana.
«Esta investigación no se preocupaba por que una proteína sea mejor que la otra», dijo Fresse. «Era una cuestión de comprensión si son realmente intercambiables. Si queremos introducir nuevas proteínas en el suministro de alimentos, debemos entender cómo se comportan una vez que están en el cuerpo».
Detrás del punto de inflexión: equipo multinacional y apoyo
Otros miembros del equipo de investigación de la Universidad de Nevada, Reno incluyeron a Juli Peteit en el Centro de Bioinformática de Nevada de la Universidad. y Chandler Zundel, un reciente graduado del Programa de Ciencias de la Nutrición En el departamento de nutrición. Los colaboradores internacionales incluyeron a Hatice Duman y Sercan Karav del Departamento de Biología Molecular y Genética de la Universidad de Icanakkale Onsekiz Mart; Izzet Avci y Bekir Salih del Departamento de Química de la Universidad de Hacettepe; Y Hacı Mehmet Kayili del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Karabuk.
Esta investigación fue financiada por el Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura (NIFA) y el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales (NIGMS) de los Institutos Nacionales de Salud. Un apoyo adicional vino de la Universidad de Nevada, el departamento de nutrición de Reno; Colegio de Agricultura, Biotecnología y Recursos Naturales; Estación experimental; y la Oficina del Vicepresidente de Investigación e Innovación.
